高頻電路基礎(chǔ)第6章 混頻器

第6章

混頻器2023/2/4高頻電路基礎(chǔ)2頻譜變換調(diào)制：將消息信號(hào)調(diào)制到載波上變頻：將已調(diào)信號(hào)改變到另一個(gè)載頻。根據(jù)改變前后的頻率高低，分成上變頻和下變頻2023/2/4高頻電路基礎(chǔ)3變頻的作用改變載波的頻率（上變頻、下變頻），達(dá)到某個(gè)需要的頻率。通過(guò)變頻，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)不同頻率的輸入信號(hào)以同一個(gè)頻率進(jìn)行放大，從而滿(mǎn)足對(duì)于增益、帶寬、矩形系數(shù)等一系列指標(biāo)在改變頻率的過(guò)程中不改變頻譜的形狀——頻譜的線(xiàn)性搬移2023/2/4高頻電路基礎(chǔ)4混頻器在高頻電路系統(tǒng)中應(yīng)用的例子廣播收音機(jī)一種檢測(cè)電路變頻器2023/2/4高頻電路基礎(chǔ)5混頻原理利用元件（二極管、三極管、場(chǎng)效應(yīng)管等）的非線(xiàn)性，對(duì)兩個(gè)信號(hào)實(shí)現(xiàn)非線(xiàn)性運(yùn)算非線(xiàn)性電路具有頻率變換作用，可以實(shí)現(xiàn)混頻非線(xiàn)性電路的特點(diǎn)：不滿(mǎn)足疊加定理2023/2/4高頻電路基礎(chǔ)6非線(xiàn)性電路的冪級(jí)數(shù)分析方法非線(xiàn)性電路的分析，一般需要知道非線(xiàn)性元件的特性的數(shù)學(xué)表達(dá)式。由于一般的特性表達(dá)式均可以?xún)缂?jí)數(shù)表示，所以常常采用冪級(jí)數(shù)分析方法。下圖以二極管為例，VB確定工作點(diǎn)的偏置電壓，v1與v2都是輸入信號(hào)，則流過(guò)二極管的電流為若不考慮負(fù)載壓降，則有2023/2/4高頻電路基礎(chǔ)7若將器件的非線(xiàn)性特性（不局限于e指數(shù)）在工作點(diǎn)附近作冪級(jí)數(shù)展開(kāi)，則有可見(jiàn)，在流過(guò)器件的電流中存在兩個(gè)信號(hào)的各自的平方項(xiàng)、立方項(xiàng)等，也存在兩個(gè)信號(hào)的交叉乘積項(xiàng)。設(shè)法在負(fù)載上提取此項(xiàng)，可以完成信號(hào)的n次方或相乘等非線(xiàn)性運(yùn)算結(jié)果。2023/2/4高頻電路基礎(chǔ)8非線(xiàn)性電路的頻率變換作用當(dāng)v1和v2都是簡(jiǎn)諧信號(hào)時(shí)，輸出信號(hào)的(v1＋v2)n

項(xiàng)為

所以，在(v1＋v2)n

項(xiàng)中將出現(xiàn)輸入信號(hào)中所沒(méi)有的頻率成分wn

=|pw1±qw2

|，其中p+q=n

，稱(chēng)為組合頻率輸出信號(hào)當(dāng)只有一個(gè)輸入信號(hào)時(shí)，(v1＋v2)n

項(xiàng)退化為vsn，此時(shí)的輸出信號(hào)中含有頻率為wn

=nws的成分，即輸入信號(hào)的n次倍頻信號(hào)2023/2/4高頻電路基礎(chǔ)9例1雙極型晶體管混頻電路已知右圖電路中，晶體管的轉(zhuǎn)移特性為ic=Isexp(vBE/VT)，兩個(gè)輸入分別為輸出回路諧振在wS+wL上，回路諧振阻抗為RL。試分析其輸出。2023/2/4高頻電路基礎(chǔ)10假定由偏置電阻確定的偏置電壓為VBB，則將iC在工作點(diǎn)附近展開(kāi)（3次項(xiàng)及以上忽略）后，有可以看到，其中0次項(xiàng)就是靜態(tài)工作點(diǎn)，1次項(xiàng)就是線(xiàn)性項(xiàng)gmvbe(t)，而2次項(xiàng)（及更高次項(xiàng)）是非線(xiàn)性項(xiàng)。2023/2/4高頻電路基礎(chǔ)11由于vbe(t)=VScoswSt

+VLcoswLt，代入iC(t)表達(dá)式，有2023/2/4高頻電路基礎(chǔ)12由于輸出回路諧振在wS+wL上，所以上述表達(dá)式中頻率為wS+wL

的成分可輸出，即輸出電壓為可見(jiàn)這是一個(gè)上變頻電路。如果其中vs是輸入信號(hào)，vC是輸出的中頻信號(hào)，則其變頻跨導(dǎo)和變頻電壓增益分別為2023/2/4高頻電路基礎(chǔ)13例2結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管混頻電路右圖為場(chǎng)效應(yīng)管混頻的原理電路，兩個(gè)輸入分別為輸出回路諧振在中頻wL-wS上。試分析其輸出。2023/2/4高頻電路基礎(chǔ)14由于所以2023/2/4高頻電路基礎(chǔ)15上式中只有vL和vS的交叉乘積項(xiàng)能夠產(chǎn)生中頻成分，展開(kāi)該項(xiàng)：顯然，最后一項(xiàng)能產(chǎn)生中頻電流成分：2023/2/4高頻電路基礎(chǔ)16根據(jù)混頻跨導(dǎo)的表達(dá)式可知，混頻跨導(dǎo)正比于VL

，所以增加VL在一定范圍內(nèi)可以使混頻跨導(dǎo)增加。然而VL又不能過(guò)大。若VL過(guò)大，使得場(chǎng)效應(yīng)管進(jìn)入截止或飽和（結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管則由于pn結(jié)進(jìn)入正向偏置而產(chǎn)生柵流），則此時(shí)的混頻跨導(dǎo)不會(huì)增加，而非線(xiàn)性失真將迅速增加。通常選擇合適的靜態(tài)工作點(diǎn)和本振幅度，使得場(chǎng)效應(yīng)管的動(dòng)態(tài)工作點(diǎn)正好介于截止與飽和之間，此時(shí)可以得到最大的變頻跨導(dǎo)，但又不會(huì)產(chǎn)生過(guò)大的失真。所以混頻跨導(dǎo)為2023/2/4高頻電路基礎(chǔ)17當(dāng)靜態(tài)工作點(diǎn)選擇在放大區(qū)，且vL的幅度恰恰使得場(chǎng)效應(yīng)管工作到截止與飽和的邊緣（即VL＝VGS(off)/2）時(shí)，混頻器具有最大的混頻跨導(dǎo)。結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管的最大跨導(dǎo)位于VGS=0處，其值為將VL＝VGS(off)/2以及gm0=2IDSS/VGS(off)代入前面混頻跨導(dǎo)表達(dá)式，得到結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管混頻器的最大混頻跨導(dǎo)為2023/2/4高頻電路基礎(chǔ)18場(chǎng)效應(yīng)管混頻器的特點(diǎn)由于場(chǎng)效應(yīng)管具有平方律電流特性，不會(huì)產(chǎn)生高于二階的諧波，所以它的非線(xiàn)性失真一般比晶體管混頻器小由于場(chǎng)效應(yīng)管的跨導(dǎo)比較小，所以混頻增益一般小于雙極型晶體管單管混頻器選擇合適的工作點(diǎn)和本振幅度，可以使得場(chǎng)效應(yīng)管得到最大的變頻跨導(dǎo)，但又不會(huì)產(chǎn)生過(guò)大的失真減少輸出中無(wú)用分量的方法混頻器中只有n=2的交叉乘積項(xiàng)中含有的和頻或差頻分量是需要的，其他所有組合頻率分量都是無(wú)用輸出。為了阻止無(wú)用輸出，實(shí)際的混頻器在以下幾方面采取措施：在輸出端用濾波器取出需要的頻率成分，抑制無(wú)用輸出在電路結(jié)構(gòu)上采取一定的抵消、補(bǔ)償?shù)仁侄蜗裏o(wú)用輸出改變非線(xiàn)性器件工作狀態(tài)2023/2/4高頻電路基礎(chǔ)192023/2/4高頻電路基礎(chǔ)20非線(xiàn)性電路的線(xiàn)性時(shí)變工作狀態(tài)兩個(gè)信號(hào)作用在一個(gè)非線(xiàn)性器件上，一個(gè)大信號(hào)，另一個(gè)小信號(hào)小信號(hào)的幅度相當(dāng)小，在其變化的動(dòng)態(tài)范圍內(nèi)，近似認(rèn)為非線(xiàn)性器件可以作線(xiàn)性化近似，即認(rèn)為器件對(duì)于小信號(hào)的伏安特性是線(xiàn)性的大信號(hào)使得器件的實(shí)際工作狀態(tài)是變化的，可以認(rèn)為此大信號(hào)提供器件一個(gè)時(shí)變偏置，在此偏置下，器件對(duì)于小信號(hào)的線(xiàn)性伏安特性的參量（例如跨導(dǎo)）是隨時(shí)間（即隨大信號(hào)）變化的

滿(mǎn)足線(xiàn)性時(shí)變狀態(tài)的電路稱(chēng)為線(xiàn)性時(shí)變電路2023/2/4高頻電路基礎(chǔ)21線(xiàn)性時(shí)變電路的分析方法假設(shè)一個(gè)非線(xiàn)性器件的轉(zhuǎn)移特性為io=f(vi)，其輸入端加入三個(gè)電壓：偏置電壓V0、大信號(hào)輸入電壓vLO=VLOcoswLOt和小信號(hào)輸入電壓vRF=VRFcoswRFt，則vi=V0+vLO+vRF。由于vRF是小信號(hào)（線(xiàn)性近似），(V0+vLO)確定vRF的線(xiàn)性系數(shù)，故將io=f(vi)在(V0+vLO)附近作冪級(jí)數(shù)展開(kāi)并忽略非線(xiàn)性項(xiàng)，有其中

是時(shí)變工作點(diǎn)電流

是小信號(hào)混頻輸出電流2023/2/4高頻電路基礎(chǔ)22將vLO=VLOcoswLOt和vRF=VRFcoswRFt代入上述輸出電流表達(dá)式混頻輸出電流可以寫(xiě)為這個(gè)電流中一定含有頻率為

nwL的成分，可以寫(xiě)為：其中稱(chēng)為時(shí)變跨導(dǎo)2023/2/4高頻電路基礎(chǔ)23將時(shí)變跨導(dǎo)展開(kāi)：混頻輸出電流可改寫(xiě)為：其中：2023/2/4高頻電路基礎(chǔ)24顯然，可能輸出的中頻電流為混頻器要求輸出中頻頻率為：所以，混頻跨導(dǎo)為實(shí)際輸出是這兩部分中的一個(gè)線(xiàn)性時(shí)變電路中混頻跨導(dǎo)等于基頻跨導(dǎo)的一半2023/2/4高頻電路基礎(chǔ)25例已知右圖電路中，晶體管的轉(zhuǎn)移特性為ic=Isexp(vBE/VT)，輸出回路諧振在(w1-w2)上，諧振阻抗為RL。若vs(t)=V1mcosw1t+V2mcosw2t，且w1>w2，V1m>VT，V2m<<VT，滿(mǎn)足線(xiàn)性時(shí)變條件。試求電路輸出電壓的表達(dá)式。2023/2/4高頻電路基礎(chǔ)26解：vs(t)=V1mcosw1t+V2mcosw2t，且w1>w2，V1m>VT，V2m<<VT，由于滿(mǎn)足線(xiàn)性時(shí)變條件，時(shí)變偏置為時(shí)變跨導(dǎo)為其中2023/2/4高頻電路基礎(chǔ)27輸出回路諧振在

，輸出中頻電流為混頻跨導(dǎo)為輸出中頻電壓為2023/2/4高頻電路基礎(chǔ)28線(xiàn)性時(shí)變電路的特點(diǎn)線(xiàn)性時(shí)變電路和前面所說(shuō)的非線(xiàn)性變換不同，由于對(duì)于小信號(hào)輸入，器件參量近似線(xiàn)性，所以若同時(shí)有多個(gè)小信號(hào)（和一個(gè)大信號(hào)）輸入，這多個(gè)小信號(hào)之間滿(mǎn)足疊加原理。線(xiàn)性時(shí)變電路所產(chǎn)生的組合頻率分量有

比前面所說(shuō)的非線(xiàn)性變換少了以下諸項(xiàng)：2023/2/4高頻電路基礎(chǔ)29

線(xiàn)性時(shí)變電路的特例——開(kāi)關(guān)函數(shù)電路2023/2/4高頻電路基礎(chǔ)30一、A2＝0

令則2023/2/4高頻電路基礎(chǔ)312023/2/4高頻電路基礎(chǔ)32二、A2＝－A1

令則2023/2/4高頻電路基礎(chǔ)332023/2/4高頻電路基礎(chǔ)34開(kāi)關(guān)函數(shù)電路的特點(diǎn)輸入信號(hào)中的大、小信號(hào)區(qū)別顯著：大信號(hào)能夠驅(qū)動(dòng)非線(xiàn)性器件進(jìn)入開(kāi)關(guān)狀態(tài)，小信號(hào)小到可忽略器件的非線(xiàn)性輸出信號(hào)的頻率成分中包含乘積項(xiàng)特征輸出信號(hào)中包含有：基頻——wL

,wi

；2階組合頻率——2wL

,wL±wi

；4階組合頻率——

4wL

,3wL±wi

；等等。輸出信號(hào)中沒(méi)有難以濾除的三階(wL

±2wi)成分2023/2/4高頻電路基礎(chǔ)35開(kāi)關(guān)函數(shù)電路的例子：

集成電路AD6302023/2/4高頻電路基礎(chǔ)36AD630作為混頻器的接法2023/2/4高頻電路基礎(chǔ)37當(dāng)時(shí)，2023/2/4高頻電路基礎(chǔ)38各點(diǎn)波形2023/2/4高頻電路基礎(chǔ)39混頻器電路從工作原理上區(qū)分，可以將混頻電路分為兩種乘積型混頻器疊加型混頻器2023/2/4高頻電路基礎(chǔ)40從非線(xiàn)性元件上區(qū)分，可以將混頻電路分為兩種有源混頻器以晶體管或場(chǎng)效應(yīng)管作為混頻器件混頻增益大于零（dB）工作頻率中到高無(wú)源混頻器以二極管作為混頻器件混頻增益小于零（dB）工作頻率高，動(dòng)態(tài)范圍大，線(xiàn)性好混頻增益電壓增益，VI、VS分別為中頻電壓與輸入電壓功率增益，PI、PS分別為中頻功率與輸入功率噪聲系數(shù)隔離度混頻器是一個(gè)三端口器件，要求三個(gè)口之間的信號(hào)互相隔離，隔離不好會(huì)引起串?dāng)_2023/2/4高頻電路基礎(chǔ)41混頻器的性能指標(biāo)2023/2/4高頻電路基礎(chǔ)42線(xiàn)性動(dòng)態(tài)范圍能夠保持輸出中頻信號(hào)與輸入信號(hào)成正比的輸入信號(hào)范圍，通常用變頻壓縮、三階互調(diào)截點(diǎn)等參數(shù)表征非線(xiàn)性失真混頻本質(zhì)上是依靠器件的非線(xiàn)性完成的。在混頻過(guò)程中由于非線(xiàn)性造成的干擾是混頻器非線(xiàn)性失真的主要來(lái)源，主要有：干擾哨聲、交調(diào)失真、互調(diào)失真、倒易混頻等本振穩(wěn)定度對(duì)于變頻器來(lái)說(shuō)，振蕩器和混頻器在一個(gè)器件中實(shí)現(xiàn)，要求本地振蕩器具有一定的穩(wěn)定度單管混頻器只用一個(gè)非線(xiàn)性元件構(gòu)成混頻器用混頻二極管構(gòu)成的混頻器中，為了獲得必要的隔離度，信號(hào)電壓與本振電壓通過(guò)單向耦合器疊加到二極管上，流過(guò)二極管的電流中將產(chǎn)生各種組合頻率成分。其優(yōu)點(diǎn)是工作頻率可以比較高，噪聲較小，缺點(diǎn)是混頻增益小于1用雙極型晶體管或場(chǎng)效應(yīng)晶體管構(gòu)成的單管混頻器中，信號(hào)電壓與本振電壓疊加在晶體管的基極-發(fā)射極（或柵極-源極）之間，可以在同一個(gè)電極注入，也可以在兩個(gè)電極分別注入。在同一電極注入時(shí)要充分考慮兩個(gè)信號(hào)的隔離，通常要在各自的信號(hào)通道中插入相應(yīng)的濾波器，由兩個(gè)電極注入時(shí)可以利用晶體管的隔離作用，所以隔離度要高于同一電極注入方式的電路2023/2/4高頻電路基礎(chǔ)432023/2/4高頻電路基礎(chǔ)44實(shí)際的晶體管單管混頻電路晶體管收音機(jī)的典型變頻電路射頻輸入回路本機(jī)振蕩回路中頻輸出回路2023/2/4高頻電路基礎(chǔ)45實(shí)際的晶體管混頻電路中混頻跨導(dǎo)的估計(jì)在最好的情況下（假設(shè)在本振輸入電壓范圍內(nèi)近似線(xiàn)性）2023/2/4高頻電路基礎(chǔ)46平衡混頻器將輸入信號(hào)通過(guò)兩個(gè)通道與另一個(gè)輸入信號(hào)進(jìn)行混頻，然后將結(jié)果疊加兩個(gè)通道的相位不同可以抵消（平衡）某些組合頻率分量分為單平衡混頻器和雙平衡混頻器兩類(lèi)，每一類(lèi)又有許多改進(jìn)的電路，所以平衡混頻器的電路形式較多最為常用的混頻器2023/2/4高頻電路基礎(chǔ)47二極管雙平衡混頻器傳輸線(xiàn)變壓器n1=n2=n3傳輸線(xiàn)變壓器n4=n5=n6混頻二極管橋2023/2/4高頻電路基礎(chǔ)48無(wú)論vLO>0還是vLO<0，均有兩個(gè)二極管導(dǎo)通，另兩個(gè)二極管截止。當(dāng)vLO很大時(shí)，二極管工作在開(kāi)關(guān)狀態(tài)實(shí)際工作在線(xiàn)性時(shí)變狀態(tài)，不完全是開(kāi)關(guān)模式，此時(shí)各階輸出的系數(shù)由gn代替，

gn由vLO確定輸出組合頻率僅為

本振頻率的高次諧波nwLO被消除，射頻基頻wRF也被消除2023/2/4高頻電路基礎(chǔ)49二極管雙平衡混頻器的特點(diǎn)：沒(méi)有變頻增益（變頻增益為負(fù)值）動(dòng)態(tài)范圍大線(xiàn)性好使用頻率高且頻帶寬噪聲系數(shù)小

端口隔離度較好2023/2/4高頻電路基礎(chǔ)50用微帶線(xiàn)定向耦合器的二極管平衡混頻器兩個(gè)輸入端口的輸入功率都被平分到兩個(gè)輸出端口端口1的信號(hào)到達(dá)端口2時(shí)落后90

、到達(dá)端口3時(shí)落后180

端口4的信號(hào)到達(dá)端口3時(shí)落后90、到達(dá)端口2時(shí)落后180

端口1和端口4之間相互隔離、端口2和端口3之間相互隔離2023/2/4高頻電路基礎(chǔ)51當(dāng)本振幅度大而射頻幅度很小時(shí)，形成線(xiàn)性時(shí)變工作狀態(tài)2023/2/4高頻電路基礎(chǔ)52差分放大器的跨導(dǎo)傳輸特性晶體管平衡混頻器2023/2/4高頻電路基礎(chǔ)532023/2/4高頻電路基礎(chǔ)54晶體管平衡混頻器（Gilbert乘法器）2023/2/4高頻電路基礎(chǔ)55Gilbert乘法器的輸出是兩個(gè)輸入的雙曲正切的乘積當(dāng)兩個(gè)輸入均很?。╲<<VT）時(shí)，由于x<<1時(shí)thx≈x，它們滿(mǎn)足乘法運(yùn)算，這就是稱(chēng)為乘法器的原因一般混頻器工作在線(xiàn)性時(shí)變狀態(tài)，設(shè)vL為大信號(hào)：傅立葉展開(kāi)2023/2/4高頻電路基礎(chǔ)56Gn是各階組合頻率分量的電壓增益2023/2/4高頻電路基礎(chǔ)57平衡調(diào)制解調(diào)器(MC1496)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)在下面的差分對(duì)中加入發(fā)射極負(fù)反饋電阻RERE遠(yuǎn)大于晶體管的發(fā)射極電阻re，構(gòu)成深度負(fù)反饋2023/2/4高頻電路基礎(chǔ)58RE較大2023/2/4高頻電路基礎(chǔ)59MC1496的典型應(yīng)用電路2023/2/4高頻電路基礎(chǔ)60雙平衡模擬乘法器2023/2/4高頻電路基礎(chǔ)61結(jié)構(gòu)特點(diǎn)在Gilbert乘法器中，下面的差分對(duì)加入深度負(fù)反饋，上面的差分對(duì)由直接輸入改為通過(guò)另一個(gè)電路輸入增加的電路由帶深度負(fù)反饋的差分放大器以及反雙曲正切函數(shù)電路構(gòu)成2023/2/4高頻電路基礎(chǔ)62v1與v2均可為大信號(hào)2023/2/4高頻電路基礎(chǔ)63四象限乘法器MC14952023/2/4高頻電路基礎(chǔ)64混頻電路中的失真與干擾進(jìn)入混頻電路的信號(hào)有4種：接收信號(hào)vS

，本振信號(hào)vL

，干擾信號(hào)vd

，噪聲信號(hào)vn設(shè)輸入為其中兩個(gè)信號(hào)混頻器的非線(xiàn)性特性為若只計(jì)及非線(xiàn)性特性的三次項(xiàng)（通常高于三次的成分幅度迅速減小，不予考慮），則輸出組合頻率|mf1

±

nf2|成分中，包含這兩個(gè)信號(hào)的各自的基頻分量、二階組合頻率分量和三階組合頻率分量。2023/2/4高頻電路基礎(chǔ)65二階組合頻率成分，由二次項(xiàng)產(chǎn)生三階組合頻率成分，由三次項(xiàng)產(chǎn)生基頻成分，由一次項(xiàng)和三次項(xiàng)形成2023/2/4高頻電路基礎(chǔ)66在混頻器輸出的組合頻率中，只有接收信號(hào)與本振信號(hào)產(chǎn)生的中頻信號(hào)是有用信號(hào)。而形成干擾的情況有以下兩種：組合頻率落在中頻信號(hào)頻帶范圍之內(nèi)，直接進(jìn)入后級(jí)輸入信號(hào)的組合頻率和本振信號(hào)混頻后產(chǎn)生的信號(hào)落在中頻信號(hào)頻帶范圍之內(nèi)，進(jìn)入后級(jí)能夠產(chǎn)生干擾的輸入信號(hào)組合方式主要有：本振和干擾信號(hào)（副波道干擾和干擾哨聲）接收信號(hào)和干擾信號(hào)、以及本振（交調(diào)和堵塞）兩個(gè)干擾信號(hào)、以及本振（互調(diào)）本振噪聲和干擾信號(hào)（倒易混頻）2023/2/4高頻電路基礎(chǔ)67鏡像頻率干擾干擾信號(hào)與本振相互作用，二階干擾產(chǎn)物的頻率為|fL±

fd

|例：fI=465kHz，fL=4000kHz，正常接收的信號(hào)頻率為fS=fL–fI=4000–465kHz=3535kHz，即fL–fS=fI若干擾頻率恰巧為fd–fL=fI，即fd=

fL+fI=4000+465kHz=4465kHz，則差頻后的組合

頻率等于中頻，成為干擾。稱(chēng)為鏡像頻率干擾。fSfLfdfIfI2023/2/4高頻電路基礎(chǔ)68組合副波道干擾干擾信號(hào)與本振相互作用，三階干擾產(chǎn)物的頻率為|2fd±

fL|或|2fL±fd|，若此產(chǎn)物頻率等于中頻，則產(chǎn)生干擾。例：

fI=465kHz，fL=4465kHz，fS=4000kHz，fL–fS=fI由于本振頻率高于中頻（下變頻），不可能出現(xiàn)2fd+fL或2fL+fd的干擾信號(hào)?？赡艿母蓴_頻率有：

2fd–fL=fI

→fd=0.5(fL+fI

)=2465kHzfL–2fd=fI→fd=0.5

(fL–fI)=2000kHz2fL–fd=fI→fd=2fL

–fI

=8465kHzfd–2fL=fI→fd=2fL

+fI

=9395kHz2023/2/4高頻電路基礎(chǔ)69副波道干擾的消除這種干擾的產(chǎn)生原因是由于干擾信號(hào)與本振同時(shí)作用由于本振與信號(hào)之間的關(guān)系就是相乘關(guān)系，所以不可能企圖通過(guò)改善混頻級(jí)特性來(lái)改善改善的途徑：增加調(diào)諧高放級(jí)——直接提高前級(jí)的選擇性，不讓干擾信號(hào)進(jìn)入混頻級(jí)2023/2/4高頻電路基礎(chǔ)70干擾哨聲混頻器在正常接收某個(gè)信號(hào)的同時(shí)，除了產(chǎn)生正常的中頻信號(hào)|fL－fS|外，由于輸入信號(hào)和本振信號(hào)的高次諧波，使得混頻器產(chǎn)生另外的近似中頻|mfL±nfS|=fI±F

，其中F是一個(gè)人耳可聞的頻率。結(jié)果，這個(gè)頻率與正常的中頻輸出均可以通過(guò)中頻放大電路，由于后續(xù)的檢波電路的非線(xiàn)性，使得輸出電壓產(chǎn)生差拍，人耳即可聽(tīng)到頻率為F的哨聲。另外，若在接收正常信號(hào)的同時(shí)，又有一個(gè)干擾信號(hào)能夠產(chǎn)生近似中頻|mfL±nfd|=fI±F

，也會(huì)產(chǎn)生干擾哨聲。2023/2/4高頻電路基礎(chǔ)71例正常信號(hào)fS=930kHz，當(dāng)本振頻率為fL=1394.5kHz時(shí)，正常的混頻輸出為

fL－fS=1394.5－930=464.5kHz由于此輸出頻率十分接近中頻fI=465kHz，所以能夠通過(guò)中頻放大。但是若混頻器的非線(xiàn)性失真過(guò)大，則高階產(chǎn)物有

2fS－fL=2×930－1394.5=465.5kHz此頻率也十分接近中頻，所以也能夠通過(guò)中頻放大，結(jié)果兩個(gè)頻率在檢波器（二極管）上產(chǎn)生混頻，最后輸出它們的差頻1kHz信號(hào)，形成干擾哨聲。2023/2/4高頻電路基礎(chǔ)72交叉調(diào)制（交調(diào)）接收信號(hào)vs和干擾信號(hào)vd在混頻器中相乘，產(chǎn)生多種三階組合信號(hào)。第一類(lèi)、其中僅包含wS的成分：上述畫(huà)紅線(xiàn)部分的幅度受到干擾信號(hào)的調(diào)制，但是其頻率就是接收信號(hào)的頻率，所以再與本振混頻后一定形成中頻，成為干擾信號(hào)。特點(diǎn)：只要干擾信號(hào)有足夠的幅度，任何干擾頻率都可能形成干擾。2023/2/4高頻電路基礎(chǔ)73第二類(lèi)、其中包含wS

和wd的三階乘積項(xiàng)成分若fd滿(mǎn)足一定條件，該三階信號(hào)與本振信號(hào)混頻后，頻率為顯然它們可以通過(guò)中頻放大。由于其中都含有干擾信號(hào)的幅度成分，所以都能夠成為干擾。交調(diào)干擾的特點(diǎn)：由于引起干擾的組合頻率是干擾信號(hào)與接收信號(hào)的非線(xiàn)性產(chǎn)物，所以?xún)烧咄瑫r(shí)出現(xiàn)。接收信號(hào)一旦消失，干擾信號(hào)亦同時(shí)消失。2023/2/4高頻電路基礎(chǔ)74例：接收信號(hào)fS＝4.000MHz，本振信號(hào)fL＝4.465MHz中頻信號(hào)fI＝0.465MHz，干擾信號(hào)fd＝3.070MHz4MHz3.07MHz4.465MHzfI

2fI

fd

fS

fL

4.930MHzfI

2fS–fd顯然此信號(hào)可以通過(guò)中頻放大，并且其中含有干擾信號(hào)的幅度成分。2023/2/4高頻電路基礎(chǔ)75交調(diào)的一種特別情況是：干擾信號(hào)是一個(gè)幅度極大的信號(hào)。此時(shí)，輸出電流中的接收信號(hào)基頻分量為所以混頻器件的平均跨導(dǎo)為通常，器件特性a3<0。當(dāng)干擾信號(hào)幅度Vd很大的時(shí)候，器件的平均跨導(dǎo)極度減小，導(dǎo)致正常信號(hào)無(wú)法接收，這種情況稱(chēng)為堵塞。在接收機(jī)附近存在強(qiáng)發(fā)射源的時(shí)候就會(huì)出現(xiàn)這種現(xiàn)象。堵塞2023/2/4高頻電路基礎(chǔ)76互相調(diào)制（互調(diào)）在混頻器內(nèi)，同時(shí)輸入的兩個(gè)干擾信號(hào)vd1

和vd2產(chǎn)生各種組合干擾信號(hào)頻率(mfd1±nfd2)，主要的是三階干擾頻率(2fd1－fd2)和(2fd2－fd1)。若其中某頻率滿(mǎn)足則它與本振混頻后產(chǎn)生的信號(hào)能夠通過(guò)中頻放大，形成干擾。與交調(diào)的主要區(qū)別是：互調(diào)是兩個(gè)干擾信號(hào)相互作用后形成的干擾，與接收信號(hào)無(wú)關(guān)。2023/2/4高頻電路基礎(chǔ)77例：接收信號(hào)fS＝2.2MHz干擾信號(hào)分別為fd1＝2MHz和fd2＝1.8MHz

三階干擾頻率有2fd1－fd2

＝2.2MHz和2fd2－fd1

＝1.6MHz由于其中2.2MHz的干擾信號(hào)頻率與接收信號(hào)相同，所以它與本振混頻后產(chǎn)生的頻率一定等于中頻，就此產(chǎn)生干擾。而且由于這個(gè)干擾與接收信號(hào)無(wú)關(guān)，所以即使接收信號(hào)消失，干擾依然存在。1.6MHz2MHz1.8MHz2.2MHz2023/2/4高頻電路基礎(chǔ)78交調(diào)、互調(diào)的改善由于交調(diào)、堵塞、互調(diào)等都是由于干擾信號(hào)在混頻級(jí)非線(xiàn)性作用下的產(chǎn)物，所以改善的途徑有兩個(gè)：不讓干擾信號(hào)進(jìn)入，方法就是增加調(diào)諧高放減少混頻級(jí)中的高階產(chǎn)物，包括采用具有二次特性的場(chǎng)效應(yīng)管混頻電路、采用平衡跨導(dǎo)混頻電路、二極管雙平衡混頻電路等二階截點(diǎn)與三階截點(diǎn)由于交調(diào)、堵塞、互調(diào)等干擾程度都與器件特性的高階系數(shù)有關(guān)，所以衡量一個(gè)混頻器的優(yōu)劣時(shí)，很重要的指標(biāo)就是高階截點(diǎn)。主要的高階截點(diǎn)是二階截點(diǎn)和三階截點(diǎn)，它們的定義分別是二階組合頻率輸出功率等于基頻輸出功率的點(diǎn)、三階組合頻率輸出功率等于基頻輸出功率的點(diǎn)。類(lèi)似的定義也常常在小信號(hào)放大器中用來(lái)衡量放大器的性能優(yōu)劣。2023/2/4高頻電路基礎(chǔ)792023/2/4高頻電路基礎(chǔ)80例某混頻器的混頻功率增益為15dB，輸出三階截點(diǎn)O